基于運(yùn)營(yíng)車輛的鋼軌核傷病害檢測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、鋼軌核傷病害是一種產(chǎn)生于鋼軌內(nèi)部的滾動(dòng)接觸疲勞傷損，是最常見、破壞性最大的鋼軌病害之一。對(duì)于早期核傷病害，可以通過打磨鋼軌的方式進(jìn)行消除，而對(duì)于中后期核傷病害，只能通過替換鋼軌的方式進(jìn)行處理，否則將會(huì)導(dǎo)致鋼軌斷裂。因此，鋼軌核傷病害的存在對(duì)城市軌道交通的安全運(yùn)營(yíng)形成了極大的安全隱患，盡早發(fā)現(xiàn)鋼軌核傷，提高鋼軌核傷的檢測(cè)命中率、減少鋼軌核傷的產(chǎn)生，已然成為當(dāng)前一項(xiàng)相當(dāng)緊迫的工作。目前對(duì)于鋼軌核傷的檢測(cè)工作主要是基于軌檢車和鋼軌探傷儀進(jìn)行，

2、存在檢測(cè)不及時(shí)、檢測(cè)周期長(zhǎng)、檢測(cè)設(shè)備投入資金大、檢測(cè)精度不高、所能檢測(cè)到的核傷類型受探傷儀限制等弊端。為了彌補(bǔ)現(xiàn)有檢測(cè)方法的不足，本文提出了一種基于運(yùn)營(yíng)車輛轉(zhuǎn)向架加速度進(jìn)行鋼軌核傷檢測(cè)的新方法。
　　為了提取鋼軌核傷病害的特征，本論文首先利用SIMPACK多體動(dòng)力學(xué)軟件搭建了基于運(yùn)營(yíng)車輛的車輛-軌道動(dòng)力學(xué)模型，并在鋼軌上實(shí)現(xiàn)了各種典型核傷病害的建模;然后對(duì)從仿真模型中得到的轉(zhuǎn)向架加速度信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，分析結(jié)果表明與正常鋼軌上的檢

3、測(cè)信號(hào)相比，基于核傷病害的檢測(cè)信號(hào)時(shí)域波形及功率譜的特征頻帶均有較為明顯的區(qū)別;為了同時(shí)得到檢測(cè)信號(hào)的空間域位置信息和頻域信息，又對(duì)檢測(cè)信號(hào)分別進(jìn)行了小波分析及希爾伯特分析，結(jié)果表明基于核傷病害的檢測(cè)信號(hào)的特征頻帶分別為0～50Hz和300Hz，此外，通過希爾伯特黃變換還得到了核傷病害的“W”形固有振動(dòng)波形;最后對(duì)上海地鐵1號(hào)線的實(shí)際鋼軌不平順數(shù)據(jù)進(jìn)行以上分析，在分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了0～50Hz和300Hz的特征頻帶及“W”形振動(dòng)波形，因此

4、，驗(yàn)證了基于運(yùn)營(yíng)車輛轉(zhuǎn)向架加速度進(jìn)行鋼軌核傷檢測(cè)的可行性。
　　具體研究工作如下。
　　(1)介紹了鋼軌核傷病害的產(chǎn)生機(jī)理、擴(kuò)展形式及其幾何輪廓擬合模型。
　　(2)利用SIMPACK多體動(dòng)力學(xué)軟件搭建了包含核傷病害的城市軌道交通車輛-軌道動(dòng)力學(xué)模型，具體包括城市軌道交通車輛的動(dòng)力學(xué)模型、輪軌接觸模型、包含多種輪廓核傷病害的彈性軌道模型，并采集轉(zhuǎn)向架的振動(dòng)加速度作為檢測(cè)信號(hào)。其中，重點(diǎn)介紹了鋼軌核傷病害及彈性軌道的建模

5、。
　　(3)利用經(jīng)典的信號(hào)分析方法對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，總結(jié)出了基于核傷病害的檢測(cè)信號(hào)的時(shí)頻特征，分析結(jié)果驗(yàn)證了該仿真模型的有效性。
　　(4)介紹了小波分析及希爾伯特?fù)Q變換等信號(hào)分析方法，并分別利用該分析方法對(duì)基于正常鋼軌、核傷鋼軌及不同核傷病害程度鋼軌的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析，從而獲得了核傷病害信號(hào)的特征頻率及特征振動(dòng)模態(tài)。
　　(5)分別利用上述分析方法對(duì)上海地鐵1號(hào)線的實(shí)際軌道不平順數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果驗(yàn)證了基于運(yùn)